X'inhu l-batteriji tal-jone tal-litju?

1. X'inhu l-batteriji tal-jone tal-litju?

Batterija hija sors ta 'enerġija elettrika li tikkonsisti f'wieħed jew aktar Ċelloli elettrokimiċi b'konnessjonijiet esterni għat-tħaddim ta' apparati elettriċi. Batterija tal-jone tal-litju jew tal-jone tal-litju hija tip ta 'batterija rikarikabbli li tuża l- tnaqqis riversibbli tal-jonji tal-litju biex jaħżnu l-enerġija u huwa famuż għoli tagħhom densità tal-enerġija.

2. L-Istruttura tal-batteriji tal-jone tal-litju

Ġeneralment il-biċċa l-kbira tal-batteriji tal-Li-ion kummerċjali jużaw komposti ta 'interkalazzjoni bħala materjali attivi. Tipikament jikkonsistu f'diversi saffi ta 'materjali li huma irranġati f'ordni speċifika biex jiffaċilitaw il-proċess elettrokimiku li jippermetti lill-batterija taħżen u tirrilaxxa l-enerġija - anodu, katodu, elettrolit, separatur u kollettur tal-kurrent.

X'inhu l-anodu?

Bħala komponent tal-batterija, l-anodu għandu rwol importanti fil-kapaċità, prestazzjoni, u durabilità tal-batterija. Meta tiċċarġja, l-anodu tal-grafita huwa responsabbli għall-aċċettazzjoni u l-ħażna tal-jonji tal-litju. Meta l-batterija tkun skarikati, il-jonji tal-litju jimxu mill-anodu għall-katodu sabiex an jinħoloq kurrent elettriku. Ġeneralment l-aktar anodu komuni użat kummerċjalment hija grafita, li fl-istat kompletament litiat tagħha ta 'LiC6 tikkorrelata ma' massimu kapaċità ta '1339 C/g (372 mAh/g). Iżda bl-iżvilupp ta 'teknoloġiji, ġodda materjali bħas-silikon ġew riċerkati biex itejbu d-densitajiet tal-enerġija għal batteriji tal-jone tal-litju.

X'inhu katodu?

Cathode jaħdem biex jaċċetta u jirrilaxxa jonji tal-litju ċċarġjati b'mod pożittiv matul ċikli kurrenti. Normalment tikkonsisti fi struttura f'saffi ta 'ossidu f'saffi (bħal ossidu tal-kobalt tal-litju), polyanion (bħal fosfat tal-ħadid tal-litju) jew spinel (bħal ossidu tal-manganiż tal-litju) miksi fuq kollettur ta 'ċarġ (ġeneralment magħmula mill-aluminju).

X'inhu l-elettrolit?

Bħala melħ tal-litju f'solvent organiku, l-elettrolit iservi bħala mezz għall-jonji tal-litju biex jiċċaqilqu bejn l-anodu u l-katodu waqt l-iċċarġjar u ħatt.

X'inhu separatur?

Bħala membrana rqiqa jew saff ta 'materjal mhux konduttiv, is-separatur jaħdem biex jipprevjenu l-anodu (elettrodu negattiv) u katodu (elettrodu pożittiv) minn shorting, peress li dan is-saff huwa permeabbli għall-joni tal-litju iżda mhux għall-elettroni. Huwa jista 'wkoll jiżgura l-fluss kostanti ta' joni bejn l-elettrodi waqt l-iċċarġjar u l-ħatt. Għalhekk, il-batterija tista 'żżomm vultaġġ stabbli u tnaqqas ir-riskju ta' sħana żejda, kombustjoni jew splużjoni.

X'inhu l-kollettur kurrenti?

Kollettur kurrenti huwa ddisinjat biex jiġbor il-kurrent prodott mill- elettrodi tal-batterija u jittrasportaha lejn iċ-ċirkwit estern, li huwa importanti li tiġi żgurata l-aħjar prestazzjoni u l-lonġevità tal-batterija. U normalment huwa tipikament magħmul minn folja rqiqa ta 'aluminju jew ram.

3. L-Istorja tal-Iżvilupp tal-batteriji tal-jone tal-litju

Ir-riċerka dwar batteriji rechargeable Li-ion tmur għall-1960, wieħed mill- Eżempji bikrija hija batterija CuF2/Li żviluppata min-NASA fl-1965. U l-kriżi taż-żejt laqat id-dinja fl-1970s, ir-riċerkaturi daru l-attenzjoni tagħhom għal alternattiva sorsi ta enerġija, għalhekk l-avvanz li pproduċiet l-aktar forma bikrija tal- batterija Li-ion moderna saret minħabba l-piż ħafif u l-enerġija għolja densità tal-batteriji tal-jone tal-litju. Fl-istess ħin, Stanley Whittingham ta 'Exxon skopra li l-joni tal-litju jistgħu jiddaħħlu f'materjali bħal TiS2 to toħloq batterija rikarikabbli 

Għalhekk ipprova jikkumerċjalizza din il-batterija iżda fallew minħabba l-ispiża għolja u l-preżenza ta 'litju metalliku fiċ-ċelloli. Fl-1980 instab materjal ġdid li joffri vultaġġ ogħla u kien ħafna aktar stabbli fl-arja, li aktar tard tintuża fl-ewwel batterija kummerċjali tal-Li-ion, għalkemm ma solvietx, waħedha, il-kwistjoni persistenti ta’ fjammabbiltà.L-istess sena, Rachid Yazami vvinta l-grafita tal-litju elettrodu (anodu). U mbagħad fl-1991, l-ewwel ion tal-litju rikarikabbli fid-dinja batteriji bdew jidħlu fis-suq 

Fis-snin 2000, id-domanda għall-jone tal-litju batteriji żdiedu hekk kif apparat elettroniku portabbli sar popolari, li jsuq batteriji tal-jone tal-litju biex ikunu aktar sikuri u aktar fit-tul. Vetturi elettriċi kienu introdotti fl-2010s, li ħoloq suq ġdid għall-batteriji tal-jone tal-litju. Il- żvilupp ta 'proċessi ta' manifattura u materjali ġodda, bħal anodi tas-silikon u elettroliti fi stat solidu, komplew itejbu l-prestazzjoni u s-sigurtà ta ' batteriji tal-jone tal-litju. Illum il-ġurnata, il-batteriji tal-jone tal-litju saru essenzjali il-ħajja tagħna ta 'kuljum, għalhekk ir-riċerka u l-iżvilupp ta' materjali ġodda u teknoloġiji għadhom għaddejjin biex itejbu l-prestazzjoni, l-effiċjenza, u s-sigurtà ta dawn il-batteriji.

4.It-Tipi ta 'batteriji tal-jone tal-litju

Il-batteriji tal-jone tal-litju jiġu f'varjetà ta 'forom u daqsijiet, u mhux kollha huma magħmula ugwali. Normalment hemm ħames tipi ta 'batteriji tal-jone tal-litju.

l Ossidu tal-Kobalt tal-litju

Il-batteriji tal-ossidu tal-kobalt tal-litju huma manifatturati mill-karbonat tal-litju u kobalt u huma magħrufa wkoll bħala kobaltat tal-litju jew batteriji tal-kobalt tal-jone tal-litju. Għandhom katodu tal-ossidu tal-kobalt u anodu tal-karbonju tal-grafita, u joni tal-litju jemigra mill-anodu għall-katodu waqt il-ħruġ, bil-fluss lura meta l-batterija tkun iċċarġjata. Fir-rigward tal-applikazzjoni tagħha, huma użati f'portabbli apparat elettroniku, vetturi elettriċi, u sistemi ta' ħażna ta' enerġija rinnovabbli minħabba l-enerġija speċifika għolja tagħhom, rata baxxa ta 'awto-kwittanza, tħaddim għoli vultaġġ u firxa wiesgħa ta 'temperatura. Iżda tagħti attenzjoni lit-tħassib dwar is-sigurtà relatati mal-potenzjal għal runaway termali u instabbiltà fl-għoli temperaturi.

l Ossidu tal-Lithium Manganese

Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4) huwa materjal tal-katodu li jintuża komunement f'batteriji tal-jone tal-litju. It-teknoloġija għal dan it-tip ta 'batterija kienet inizjalment skoperti fis-snin tmenin, bl-ewwel pubblikazzjoni fir-Riċerka dwar il-Materjali Bullettin fl-1983. Wieħed mill-vantaġġi ta 'LiMn2O4 huwa li għandu termali tajjeb stabbiltà, li jfisser li huwa inqas probabbli li jesperjenza runaway termali, li huma wkoll aktar sikuri minn tipi oħra ta 'batteriji tal-jone tal-litju. Barra minn hekk, il-manganiż huwa abbundanti u disponibbli b'mod wiesa', li jagħmilha għażla aktar sostenibbli meta mqabbla għall-katodi materjali li fihom riżorsi limitati bħall-kobalt. Bħala riżultat, huma ta 'spiss jinstabu f'tagħmir u apparat mediku, għodod elettriċi, elettriku muturi, u applikazzjonijiet oħra. Minkejja l-vantaġġi tiegħu, LiMn2O4 ifqar stabbiltà taċ-ċikliżmu meta mqabbla ma 'LiCoO2, li jfisser li jista' jeħtieġ aktar sostituzzjoni frekwenti, għalhekk jista 'ma jkunx daqshekk adattat għall-ħażna tal-enerġija fit-tul sistemi.

l Lithium Iron Phosphate (LFP)

Il-fosfat huwa użat bħala katodu fil-batteriji tal-fosfat tal-ħadid tal-litju, ħafna drabi magħrufa bħala batteriji tal-li-fosfat. Ir-reżistenza baxxa tagħhom tejbu t-termi tagħhom stabbiltà u sigurtà. Huma wkoll famużi għad-durabilità u ċiklu ta 'ħajja twila, li jagħmluhom l-aktar għażla kost-effettiva għal tipi oħra ta 'jone tal-litju batteriji. Konsegwentement, dawn il-batteriji jintużaw ta 'spiss fir-roti elettriċi u applikazzjonijiet oħra li jeħtieġu ċiklu ta 'ħajja twil u livelli għoljin ta' sigurtà. Iżda l-iżvantaġġi tagħha jagħmluha diffiċli biex tiżviluppa malajr. L-ewwelnett, meta mqabbla ma ' tipi oħra ta 'batteriji tal-jone tal-litju, jiswew aktar minħabba li jużaw rari u materja prima għalja. Barra minn hekk, il-batteriji tal-fosfat tal-ħadid tal-litju għandhom a vultaġġ operattiv aktar baxx, li jfisser li jistgħu ma jkunux adattati għal xi wħud applikazzjonijiet li jeħtieġu vultaġġ ogħla. Il-ħin itwal tal-iċċarġjar tiegħu jagħmilha a żvantaġġ f'applikazzjonijiet li jeħtieġu recharge malajr.

l Lithium Nikil Manganiż Kobalt Oxide (NMC)

Lithium Nikil manganiż Kobalt Oxide batteriji, ħafna drabi magħrufa bħala NMC batteriji, huma mibnija minn varjetà ta 'materjali li huma universali fi batteriji tal-jone tal-litju. A katodu mibni minn taħlita ta 'nikil, manganiż, u kobalt huwa inkluż. Id-densità għolja tal-enerġija tagħha, il-prestazzjoni tajba taċ-ċikliżmu, u a ħajja twila għamilha l-ewwel għażla fil-vetturi elettriċi, il-ħażna tal-grilja sistemi, u applikazzjonijiet oħra ta’ prestazzjoni għolja, li kkontribwew aktar għall-popolarità dejjem tikber ta 'vetturi elettriċi u sistemi ta' enerġija rinnovabbli. Biex tiżdied il-kapaċità, elettroliti ġodda u addittivi huma użati biex jippermettulha li ħlas għal 4.4V/cell u ogħla 

Hemm tendenza lejn Li-ion imħallta bl-NMC peress is-sistema hija kosteffettiva u tipprovdi prestazzjoni tajba. Nikil, manganiż, u l-kobalt huma tliet materjali attivi li jistgħu jiġu kkombinati faċilment biex jixirqu wiesgħa firxa ta' applikazzjonijiet ta' sistemi ta' ħażna tal-karozzi u tal-enerġija (EES) li jeħtieġu ċikliżmu frekwenti. Minn fejn nistgħu naraw il-familja NMC qed issir aktar diversa Madankollu, l-effetti sekondarji tagħha ta 'runaway termali, perikli tan-nar u ambjentali tħassib jista' jfixkel l-iżvilupp ulterjuri tagħha.

l Titanat tal-litju

Lithium titanate, spiss magħruf bħala li-titanate, huwa tip ta 'batterija li għandha a numru dejjem jikber ta’ użi. Minħabba n-nanoteknoloġija superjuri tiegħu, huwa kapaċi iċċarġja u skarika malajr filwaqt li żżomm vultaġġ stabbli, li jagħmilha Adattat tajjeb għal applikazzjonijiet ta 'qawwa għolja bħal vetturi elettriċi, kummerċjali u sistemi ta' ħażna ta' enerġija industrijali, u ħażna fil-livell tal-grilja 

Flimkien ma’ tagħha sigurtà u affidabbiltà, dawn il-batteriji jistgħu jintużaw għal militari u aerospazjali applikazzjonijiet, kif ukoll jaħżnu enerġija mir-riħ u solari u jibnu smart grilji. Barra minn hekk, skont Battery Space, dawn il-batteriji jistgħu jkunu impjegat f'backups kritiċi tas-sistema tal-enerġija. Madankollu, titanat tal-litju batteriji għandhom tendenza li jkunu aktar għaljin minn batteriji tal-jone tal-litju tradizzjonali dovuti għall-proċess kumpless tal-fabbrikazzjoni meħtieġ biex jiġu prodotti.

5.Ix-xejriet ta 'żvilupp tal-batteriji tal-jone tal-litju

It-tkabbir globali tal-installazzjonijiet tal-enerġija rinnovabbli żdied produzzjoni ta' enerġija intermittenti, li toħloq grid żbilanċjat. Dan wassal għal a domanda għall-batteriji. filwaqt li l-fokus fuq l-emissjonijiet tal-karbonju żero u l-ħtieġa li jiċċaqalqu bogħod mill-fjuwils fossili, jiġifieri l-faħam, għall-produzzjoni tal-enerġija pront aktar gvernijiet biex jinċentivaw installazzjonijiet tal-enerġija mix-xemx u mir-riħ. Dawn installazzjonijiet jipprestaw ruħhom għal sistemi ta 'ħażna ta' batteriji li jaħżnu l-enerġija żejda iġġenerat 

Għalhekk, inċentivi tal-gvern biex jinċentivaw il-batterija Li-ion installazzjonijiet imexxu wkoll l-iżvilupp ta 'batteriji tal-jone tal-litju. Per eżempju, id-daqs globali tas-suq tal-batteriji tal-litju NMC huwa mbassar li jikber minn US$ miljun fl-2022 għal miljun dollaru Amerikan fl-2029; huwa mistenni li jikber b'CAGR ta' % mill-2023 sal-2029. U l-ħtiġijiet dejjem jiżdiedu ta 'applikazzjonijiet li jitolbu tqil tagħbijiet huwa pproġettat li jagħmel batteriji tal-jone tal-litju ta '3000-10000 l-aktar mgħaġġla segment li qed jikber matul il-perjodu tat-tbassir (2022-2030).

6. L-analiżi tal-investiment tal-batteriji tal-jone tal-litju

L-industrija tas-suq tal-batteriji tal-jone tal-litju hija mbassra li tikber minn USD 51.16 biljun fl-2022 għal USD 118.15 biljun sal-2030, li juru kompost annwali rata ta 'tkabbir ta' 4.72% matul il-perjodu tat-tbassir (2022-2030), li tiddependi fuq diversi fatturi.

l Analiżi tal-Utent Aħħar

L-installazzjonijiet tas-settur tal-utilità huma muturi ewlenin għall-ħażna tal-enerġija tal-batterija sistemi (BESS). Dan is-segment huwa mistenni li jikber minn $ 2.25 biljun fl-2021 għal $ 5.99 biljun fl-2030 b'CAGR ta '11.5%. Batteriji Li-ion juru 34.4% ogħla CAGR minħabba l-bażi ta 'tkabbir baxx tagħhom. Ħażna ta 'enerġija residenzjali u kummerċjali is-segmenti huma oqsma oħra b'potenzjal kbir tas-suq ta' $5.51 biljun fl-2030, minn $1.68 biljun fl-2021. Is-settur industrijali jkompli l-mixja tiegħu lejn emissjonijiet tal-karbonju żero, bil-kumpaniji jagħmlu wegħdiet ta 'żero nett fit-tnejn li ġejjin għexieren ta’ snin. Kumpaniji tat-telekomunikazzjoni u taċ-ċentru tad-data huma minn ta 'quddiem fit-tnaqqis emissjonijiet tal-karbonju b'fokus akbar fuq sorsi tal-enerġija tal-enerġija rinnovabbli. Kollha li se jippromwovi l-iżvilupp mgħaġġel ta 'batteriji tal-jone tal-litju kif kumpaniji jsibu modi biex jiżguraw backup affidabbli u l-ibbilanċjar tal-grilja.

l Analiżi tat-Tip tal-Prodott

Minħabba l-prezz għoli tal-kobalt, batterija mingħajr kobalt hija waħda mill- xejriet ta 'żvilupp ta' batteriji tal-jone tal-litju. LiNi0.5Mn1.5O4 ta' vultaġġ għoli (LNMO) b'densità għolja ta 'enerġija teoretika hija waħda mill-aktar promettenti Ko-free materjali katodu fl-aktar. Barra minn hekk, ir-riżultati sperimentali wrew li il-prestazzjoni taċ-ċikliżmu u tar-rata C tal-batterija LNMO titjieb bl-użu tal- elettrolit semi-solidu. Dan jista 'jiġi propost li l-COF anjoniku huwa kapaċi jassorbi bil-qawwa l-Mn3+/Mn2+ u Ni2+ permezz tal-interazzjoni Coulomb, trażżin il-migrazzjoni distruttiva tagħhom lejn l-anodu. Għalhekk, dan ix-xogħol se tkun ta 'benefiċċju għall-kummerċjalizzazzjoni tal-materjal tal-katodu LNMO.

l Analiżi Reġjonali

Asja-Paċifiku se jkun l-akbar suq stazzjonarju tal-batteriji tal-jone tal-litju minn 2030, immexxi minn utilitajiet u industriji. Se taqbeż l-Amerika ta 'Fuq u Ewropa b'suq ta' $7.07 biljun fl-2030, li qed jikber minn $1.24 biljun fl-2030. 2021 b'CAGR ta '21.3%. L-Amerika ta 'Fuq u l-Ewropa se jkunu l-akbar li jmiss swieq minħabba l-miri tagħhom li jiddekarbonizzaw l-ekonomiji u l-grilja tagħhom matul l-ieħor għoxrin sena. LATAM se tara l-ogħla rata ta 'tkabbir f'CAGR ta' 21.4% minħabba li tad-daqs iżgħar tagħha u l-bażi baxxa.

7. Affarijiet li għandek tikkonsidra għal batteriji tal-jone tal-litju ta 'kwalità għolja

Meta tixtri inverter solari ottiku, mhux biss il-prezz u l-kwalità għandhom ikunu jitqiesu wkoll fatturi oħra għandhom jinżammu f’moħħhom.

l Densità tal-Enerġija

Id-densità tal-Enerġija hija l-ammont ta 'enerġija maħżuna għal kull unità ta' volum. Ogħla id-densità tal-enerġija b'inqas piż u daqs hija aktar estensiva bejn l-iċċarġjar ċikli.

l Sigurtà

Is-sigurtà hija aspett kritiku ieħor tal-batteriji tal-jone tal-litju mill-isplużjonijiet u nirien li jistgħu jseħħu waqt l-iċċarġjar jew il-ħatt, għalhekk huwa meħtieġ li agħżel batteriji b'mekkaniżmi ta 'sikurezza mtejba, bħal sensuri tat-temperatura u sustanzi inibitorji.

l Tip

Waħda mill-aħħar tendenzi fl-industrija tal-batteriji tal-jone tal-litju hija l- żvilupp ta 'batteriji ta' stat solidu, li joffri firxa ta 'benefiċċji bħal densità ogħla tal-enerġija u ċiklu tal-ħajja itwal. Per eżempju, l-użu ta batteriji fi stat solidu fil-karozzi elettriċi se jżidu b'mod sinifikanti l-firxa tagħhom kapaċità u sigurtà.

l Rata tal-iċċarġjar

Ir-rata tal-iċċarġjar tiddependi kemm il-batterija tiġi ċċarġjata b'mod sikur. Xi drabi l-batterija tieħu żmien twil biex tiċċarġja qabel ma jkunu jistgħu jintużaw.

l It-tul tal-ħajja

L-ebda batterija ma taħdem għall-ħajja kollha iżda għandha data ta 'skadenza. Iċċekkja l-iskadenza data qabel ma tagħmel ix-xiri. Batteriji tal-jone tal-litju għandhom inerenti itwal ħajja minħabba l-kimika tagħha iżda kull batterija tvarja minn xulxin skond it-tip, l-ispeċifikazzjonijiet u l-mod kif isiru. Batteriji ta 'kwalità għolja se jdumu aktar peress li huma magħmula minn materjali fini ġewwa.